Forschung: Neue Flow-Batterie könnte erfolgreicher Stromspeicher werden

Cambridge, USA – Flow-Batterien sind langlebig, effizient und damit eine ideale Möglichkeit, um überschüssigen Strom aus Wind- und Photovoltaik-Anlagen zu speichern. Allerdings haben die Batterien einen Nachteil: Sie sind bisher noch sehr teuer, so dass ein flächendeckender Einsatz derzeit nicht denkbar ist. Das könnte sich ändern.

Diesem Problem ist ein Materialforscher an der Harvard-Universität in den USA auf der Spur. Mit seinem Team hat er eine neuartige Flow-Batterie entwickelt, deren Materialzusammensetzung wesentlich günstiger ausfällt. Ein Team um Michael J. Aziz hat diesen neuen Batterietypen vorgestellt. Das Magazin „Nature“ berichtete über die Entdeckungen der Forscher.

Kostenreduktion um zwei Drittel möglich

Die Flow-Batterie speichert Energie mittels zweier Chemikalien, die durch eine Membran voneinander getrennt werden. Die bisher eingesetzten Chemikalien wie Palladium oder Vanadium verhindern aus Kostengründen einen Einsatz als große Speicheranlagen. Aziz, Materialforscher an der Harvard-Universität, testet derzeit den Einsatz günstigerer Materialien. Der Vorteil: Die Batterie ist damit um zwei Drittel günstiger, außerdem lasse sie sich rund 1.000-mal schneller be- und entladen.

Das Team um Aziz setzt organische Verbindungen als Elektrolyte ein, also Verbindungen, die aus Kohlenstoff bestehen. Zum einen experimentiert er mit einer schwachen Schwefelsäure, der Chinon beigemischt wird. Im Ladeprozess reagieren die beiden Stoffe zu dem stark ätzenden Hydrochinon. Dieses kommt auch in der freien Natur vor: Der Bombardierkäfer schießt diese Flüssigkeit aus seinem Hinterleibsende, wenn er sich angegriffen fühlt. Chinone sind Bestandteil von Erdöl, kommen aber auch in Pflanzen wie zum Beispiel Rhabarber vor. Der zweite Elektrolyt besteht wie bei konventionellen Flow-Batterien aus einer Bromlösung. Nach Angaben von Aziz koste die Menge an Chinon, die für eine Kilowattstunde Ladeleistung nötig ist, umgerechnet nur 20 Euro. Derzeit laufen weitere Forschungen, um diesen Wert weiter zu senken, zusätzlich soll die Bromlösung durch weniger umweltschädliche Materialien ersetzt werden.

Die bisherigen Forschungsbemühungen scheinen bereits erfolgreich: Die Batterie hat schon 100 Ladezyklen überstanden, ohne an Speicherleistung zu verlieren. Für industrielle Anwendungen muss die Batterie 1.000 Speicherzyklen verlustfrei überstehen. Einsatzgebiete sind sowohl in Solar- oder Windkraftwerken, sowie im privaten Bereich vorstellbar, beispielsweise um überschüssigen Strom aus der Aufdach-Solaranlage für den Abend zu speichern. Das Forschungsprojekt wird im Übrigen vom US Department of Energy finanziell unterstützt.

Einsatz auch in Elektroautos denkbar

Nicht nur als Zwischenspeicher für Wind- und Solarenergie, auch in der Elektromobilität könnten Flow-Batterien zukünftig eingesetzt werden. Forscher von General Electric forschen schon seit längerem, wie Elektroautos mit Hilfe von neuartigen Batteriesystemen größere Reichweiten erlangen können. Vielversprechend klingt ein System, welches über eine chemische Reaktion von zwei Substanzen Elektrizität erzeugt. Diese so genannte Redox-Flow-Batterie kann, ähnlich wie konventionelle Fahrzeuge, „aufgetankt“ werden. Ein langwieriges Aufladen über die Steckdose ist damit nicht mehr nötig. Je Tankfüllung kann eine Reichweite von ca. 400 Kilometern erreicht werden, die Forscher gehen davon aus, dass die Kosten der Batterie nur ein Viertel der Kosten eines Lithium-Ionen-Akkus betragen werden.

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